塔里木沙漠公路影响下的地表形态变化

通过野外试验、调查和实地测量,对塔里木沙漠公路防沙体系内外的地表形态变化进行了分析．研究结果表明,在防沙体系影响下,地表蚀积具有明显的空间分布规律,改变了原有的地表形态格局．防沙体系内部以积沙为主,地表高度逐渐增加,阻沙区(包括落沙带)形成顺沙垄走向延伸的横向沙垄,固沙带区则以一定厚度的积沙体加积于原有地形之上．在防沙体系设置初期,落沙带、固沙带内部和固沙带内沙丘迎风坡都形成风蚀,而在防沙体系下风侧原始地面中,整体表现为风蚀状态．     

便携式粉尘观测仪测定腾格里沙漠和毛乌素沙地PM_(10)释放通量

中国北方沙漠和沙地是亚洲粉尘释放的重要源区,定量估算这一地区的粉尘释放量有助于评估区域大气环境质量及其气候效应.目前,对中国北方粉尘释放量的估算主要是基于模拟结果,野外直接观测数据很少.利用一种新型的粉尘释放观测仪器——便携式粉尘观测仪(PI-SWERL),测量腾格里沙漠和毛乌素沙地若干典型地表(沙丘、干湖、灌丛沙丘、河流冲积物等)的粉尘释放通量,获得了不同地表潜在粉尘释放量的直接观测数据.结果表明,不同地表的PM10释放通量存在较大差异,但均随摩阻风速的增加而增加.在相同的摩阻风速U*=0.55 m/s条件下,灌丛沙丘的PM10通量最高(0.70~10.23 mg/(m2 s)),河流冲积物次之(0.12~4.97 mg/(m2 s)),干湖湖底、沙丘等地表的通量较小(0.5 mg/(m2 s)).对比试验表明,破碎结壳地表释放的PM10通量是未破碎结壳的几倍甚至几十倍;披覆松散沙粒结壳地面的PM10释放通量高出未披覆的1~2个数量级.对比前人研究结果,PI-SWERL可以较好地反映不同源区粉尘释放的差异,对定量评估区域乃至全球的粉尘释放量等具有重要意义.     

封面说明

<正>中国北方沙漠、沙地是粉尘释放的重要源区,定量估算这一区域的粉尘释放量有助于评估大气环境质量及其气候效应.目前,对中国北方粉尘释放量的估算主要是基于模型模拟,野外直接观测数据很少.便携式粉尘观测仪(PI-SWERL)是一种新型仪器,与风洞实验原理类似,但简单轻便、易于操作,能较好地反映微地貌粉尘排放量的差异.南京大学鹿化煜等人应用PISWER L对腾格里沙漠和毛乌素沙地的沙丘、干湖、灌丛沙丘、河流冲积物等典型地表的PM10释放通量进行观     

塔里木沙漠公路防护林影响下地表形态的变化

为了探讨防沙工程对现代风沙地貌的影响,通过在塔中地区的野外实地沙面蚀积测量,分析了塔里木沙漠公路防护林影响下地表形态变化的类型、分布和强度.研究发现:(1)在防沙体系内部以风积地貌为主,形成了小尺度的灌丛积沙堆,中尺度的片状积沙和较大尺度的垄状积沙体.在防沙体系内的林间也一定程度地形成了风蚀地貌,但在垄间地一般难以大规模发育,而在地形起伏的沙垄区的次级沙丘迎风坡中部,则可较大规模地发育;(2)在防沙体系的上风侧,阻沙林带及其形成的垄状积沙体使垄间的低矮流动沙丘在移动过程中发生形态和走向变化.阻沙林带垄状积沙体迎风坡形成稳定积沙坡面,但前移沙丘可造成其短时间的破坏,而后逐渐恢复成稳定坡面;(3)在防沙体系下风侧沙面,可形成较大范围的风蚀,在垄间地形成风蚀凹地,在地形起伏区沙丘被风蚀削平,地形起伏度降低.因此,防沙林带对上风侧风沙流具有巨大的消能截沙作用,到下风侧随着风力的逐渐恢复,风沙流逐渐趋于不饱和,造成沙面风蚀.     

火星沙丘地貌的形态学窥究

风沙地貌过程是最活跃最普遍的现代火星地貌过程,蕴含火星地表过程、环境和演化历史的丰富信息.本研究利用覆盖火星全球高分辨率的遥感影像,在地理信息系统软件的支持下,在全球尺度上分析火星沙丘地貌的形态学特征,挖掘所蕴含的风沙地貌学意义.结果表明,火星沙丘地貌类型与地球沙丘地貌相似,但仅以简单沙丘为主,罕见复合和复杂沙丘,沙丘形态参数累计概率曲线表现为简单一段式.火星沙丘以新月形沙丘、新月形沙丘链和横向沙丘等初级类型为主,而占地球沙丘约50%的线形沙丘在火星上占不到10%.火星沙丘规模较地球沙丘小,与理论上应具有更大规模的沙丘相悖.火星沙丘地貌形态参数间与地球沙丘呈现相似的良好相关性,但相关关系不同,意味着具有相似的形成机理,但不同的形成条件.得到的另一重要启示是,在地球上研究类火星风沙地貌,如青藏高原的类火星风沙地貌,是认识火星风沙地貌及其发育环境的有效途径.     

设想“西沙东输”

中国新疆的塔里木盆地塔克拉玛干流动沙漠位居世界第二,面积为32.5万平方千米,若以平均厚度2.5米计算:沙储量为3.25×108m2×2.5m=8.125× 108m3.这里的沙质纯净,无污染,颗粒大小均匀,质地坚硬,号称中国最大的黄沙库,也是天赐资源.     

抛物线形沙丘与油蒿灌丛之间的动态关系

库布齐沙漠南缘广泛分布的油蒿灌丛与风沙相互作用后形成抛物线形沙丘,同时沙丘上的油蒿经历侵入、萌发、发育及衰亡的生命过程.2009年的地面测量及2005,2007,2010年的遥感监测数据显示:2005~2010年间,抛物线形沙丘顺风向东移的同时南北向扩展;油蒿灌丛分布于沙丘外侧坡面、两翼脊线和两翼间的平坦区,其生长及衰亡与沙丘弧顶段的东移和两翼外扩呈动态相关.抛物线形沙丘弧顶段内侧坡脚逐年东移为两翼间平坦区的油蒿提供了生长空间,导致油蒿群落以年龄、大小和盖度等差异为表征的分带性分布.两翼脊线上的油蒿灌丛捕获来沙后形成灌丛沙堆,其确保了沙丘两翼始终保持一定的高度,是维持抛物线形沙丘的关键因子之一,但随两翼缓慢外移,其相对位移至沙丘内侧坡面继而遭受风蚀直至消亡.沙丘外侧的油蒿灌丛使外侧坡面形态趋于稳定,同时沙埋作用又使弧顶段脊线处的油蒿灌丛逐渐消亡.     

塔克拉玛干沙漠复合纵向沙垄区大尺度地貌格局初步研究

通过对Google Earth上卫星影像的分析,阐述了塔克拉玛干沙漠复合纵向沙垄区的大尺度地貌格局特征.归纳出了并行格局、日字型和乡字型格局、梳状格局、叉状格局、趾状格局和混杂格局等6种地貌格局类型,并主要依据大地貌格局类型(或其组合)的不同以及其他一些因素将复合纵向沙垄区划分出了55个子区.最后,针对塔克拉玛干复合纵向沙垄区大尺度地貌格局的成因问题,根据对影像的分析,提出了沙垄区沙垄(或沙丘)连接的自然延伸后连接或交汇、狭处相接以及借助中介物连接这3种方式.     

内蒙古浑善达克沙地和河北坝上地区不同地表覆盖类型对北京沙尘天气物源的贡献

根据野外土壤和植被调查以及实验室分析的结果, 探讨了内蒙古浑善达克沙地和河北坝上地区不同地表覆盖类型与北京沙尘天气物源之间的关系. 粒度分析结果表明, 流动沙地单位面积可释放的沙尘量小, 而低湿地草甸、石质丘陵草甸草原等单位面积内可释放的沙尘量大. 进一步考虑地表植被覆盖状况的影响, 可以认为, 作为荒漠化结果的流动沙地只是作为过去沙尘天气的物源, 当前单位面积沙尘释放的能力低, 而正处于荒漠化过程中的大面积的石质丘陵典型草原在同样的气候条件下单位面积内具有较高的释放能力. 农田如果春季耕翻, 则具有一定的沙尘释放能力, 而退耕/撂荒地上出现大量的一年生草本植物, 对起沙过程有一定的抑制作用. 固定沙地、石质丘陵草甸草原、低湿地草甸等由于多年生草本植物的覆盖率高, 单位面积内沙尘释放的能力低. 未来气候变化引起的沙丘活化以及湖泊和低湿地变干则可能使它们成为沙尘天气的潜在物源.     

全球沙漠面积和粉尘排放量的新估算

沙漠是干旱半干旱地区最重要的地表景观,是粉尘排放的主要源区.确定全球沙漠边界、计算沙漠面积、估算沙漠的粉尘排放量对于定量评估沙漠对气候与环境的影响具有重要意义.利用中分辨率成像光谱仪（Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer,MODIS）数据,结合支持向量机（Support Vector Machine,SVM）、试错法及目视解译技术提取了全球沙漠范围.对全球沙漠分区域进行面积和分类精度计算.利用地形、降水、蒸散、地表风速等数据对全球沙漠的环境变化进行分析.基于移动风蚀仪（Portable In-Situ Wind Erosion Laboratory,PI-SWERL）的观测数据,结合地表类型、土壤湿度和摩阻风速估算出全球沙漠的年粉尘排放量.研究表明,全球沙漠面积为～17.54×10⁶km²,总体分类精度为92.37%.沙漠多分布于地形低于2000 m、降水量不足200 mm、全年风速为4～6 m/s的极端干旱和干旱地区.沙漠每年排放～1792.65 Tg粉尘(本文指PM₁₀     

毛乌素沙地的粉尘释放通量观测及DPM模型的野外验证

目前关于中国粉尘源区的释放通量观测数据很少, 被经常使用的DPM粉尘释放模型在中国源区的可靠性还没有得到验证. 2002年春季在毛乌素沙地开展了野外观测实验, 分别观测了跃移通量、< 10 μm的粉尘释放通量、温度和风速梯度. 观测期间平均摩阻风速在0.26~0.35 m·s-1之间, 实测的跃移通量约在0.07~8.00 g·m^-1·s^-1之间, 实测和模拟的跃移通量较为一致, 跃移通量方程经验系数取2.61比较合适; 在3次局地的粉尘释放过程中, 实测的粉尘释放通量约在1~3 mg·m^-2·s^-1之间, 模拟的粉尘释放通量偏高, 说明该模型在低风速条件下还需要校正. 通过与前人数据的比较, 发现松散的砂质土的跃移通量大于具有物理结皮的砂质土和存在大土壤团块的壤质土, 说明在相同摩阻风速条件下, 松散的砂质土的粉尘释放通量最大, 预示中国北方粉尘的主要源地在沙漠和沙漠化的土地.     

2010年3月19日沙尘暴期间甘肃民勤地区近地表的湍流性质

首次给出沙尘暴期间近地面8, 16, 32和47 m四个高度50 Hz的三个方向风场长达12 h的实时同步记录. 测量结果发现: (1) 47 m以下各个高度处的平均垂向风速都一直表现出很大的正值, 说明在沙尘暴期间存在着显著的上升气流; (2) 近地面8 m处的垂向风速始终大于16 m和32 m处的值, 说明近地面风场的对流运动更为强烈; (3) 在沙尘暴水平风速达到最大时, 近地面8 m处垂向风速有所降低, 但其标准差则达到最大, 表明在沙尘暴风速最大时近地表风场的对流有所减弱, 但风场的脉动强度却明显加强, 由此更容易引起地表沙尘的上扬. 分析结果还表明, 此次沙尘暴期间各高度的水平和垂向的标准差均随来流风速的增大而增大, 而侧向风速的标准差则基本上不随来流风速的增大变化. 将计算得到的20 min水平、垂向和侧向的脉动风速的偏度和峰度的值平均后的结果表明, 水平、垂向和侧向风速的脉动特征有着明显的差异, 并且它们的脉动特征随高度的变化而不同, 这也表明了进行近地面多点同步三维测量对于揭示沙尘暴三维风场的结构是非常必要的.     

毛乌素沙地南缘沙丘表面径流特征

为探明生物土壤结皮在半干旱沙地生态系统有限降水资源再分配过程中所扮演的重要角色,对毛乌素沙地南缘沙丘生物土壤结皮表面径流进行了实验观测.结果表明在观测期间的6次降雨事件中产生径流2次.不同类型生物土壤结皮的径流量差异较大,径流量由小到大依次为浅色藻类结皮、深色藻类结皮、苔藓结皮,显示径流量随生物土壤结皮的发育呈增加的趋势.径流在次降雨量中所占的百分比由浅色藻类结皮经深色藻类结皮至苔藓结皮依次增加,显示不同类型生物土壤结皮对降水的再分配比例有差异.生物土壤结皮表面径流受降雨量、降雨强度、雨前结皮表面的水分饱和程度及生物土壤结皮发育程度的共同影响.生物土壤结皮在沙丘表面的发育改变了半干旱沙地生态系统水分的空间分布,加大了水分和养分等资源的异质性.因此,暴雨季节对生物土壤结皮进行适当的人为干扰活动有益于半干旱沙地生态系统的资源均衡.     

青藏铁路建设对沿线高寒生态系统的影响及恢复预测方法研究

采用遥感和地理信息系统技术, 编制了青藏铁路沿线50 km范围生态系统类型和脆弱度分区图, 用叠图法研究了各类工程活动对沿线生态系统的影响范围和影响面积以及影响指数. 类比青藏公路, 研究了青藏铁路高寒生态系统的恢复机制, 预测了其恢复程度和恢复速度. 研究表明, 铁路工程对高寒生态系统的影响程度主要取决于地表原始土壤受破坏和扰动的程度以及生态系统本身的脆弱性. 植被覆盖度与物种丰富度的恢复与地表原始土壤的破坏程度呈显著负相关关系, 与恢复年限、年平均降水量和年平均相对湿度呈显著正相关关系, 而与海拔高度及气温无明显的相关关系. 在年降水量大于200 mm的地段, 只要地表能够保留一定比例的原始土壤, 工程结束后30年左右物种多样性基本上可恢复到破坏前的水平, 而植被覆盖度至少需要45~60年以上才能恢复到破坏前的水平.     

腾格里沙漠东南缘沙丘表面风沙流结构变异的初步研究

对腾格里沙漠东南缘沙丘表面各部位输沙量观测数据的分析结果发现, 风力作用下的沙粒在沙丘表面上、下坡运动时, 其输沙量垂线分布出现明显的变异. 在距沙面0~20 cm高度范围内, 沙丘迎风坡各部位和丘顶输沙量垂线分布均符合单一指数递减规律; 沙丘背风坡输沙量垂线分布出现两个不同的变化区间, 多数以距沙面8~12 cm高度为界, 下部输沙量随高度呈指数函数形式递减, 上部为幂函数规律减少. 在沙丘迎风坡, 由于上坡运动沙粒跃移轨迹长度沿坡向上减小, 随着风速和总输沙量向丘顶方向增加, 风沙流上层输沙量趋于相对减少; 在背风坡, 下坡运动的跃移沙粒起跳高度和轨迹长度增加使风沙流上层输沙量相对增加.     

南海三沙永乐龙洞关键水体环境要素特征及其影响因素

基于2016年10月在南海三沙永乐龙洞开展的水体环境要素的综合观测,获取了水体温度、盐度、密度、叶绿素a、溶解氧、浊度、悬浮颗粒物粒度和海流等数据,研究了南海三沙永乐龙洞关键水体环境要素的分布特征及影响因素.结果表明:永乐龙洞在水深10 m以下区域与外海无大规模连通;水体温度、盐度、密度存在多个跃层,分别位于水深3,10,50和80~110 m附近水深,其中以50 m水深附近跃层最强,155 m以下区域水文要素几无变化.叶绿素a垂向分布表现为多峰特征,在10~20 m附近存在一次表层叶绿素a最大值区.随着水深增加叶绿素a含量快速降低,在水深90 m附近叶绿素a浓度达到最大值,而后叶绿素a快速降低.溶解氧浓度垂向分布较为复杂,表层最高可达7 mg/L,在温度、盐度和密度跃层水深附近浓度快速降低,并在水深90 m附近降为0,即无氧状态.水体浊度与叶绿素a分布特征极为相似,即在水深10~20和90 m附近存在浊度高值区.龙洞内悬浮颗粒物主要有两个粒径组分,分别为145~500μm的粗颗粒组分和5.28~38.55μm的细颗粒组分,其中以粗颗粒组分为主.龙洞80 m以上和其下水体性质差异显著,表明其来源不同.80 m以上水体温度、盐度跃层主要为日变和季节性跃层,80~110 m为永久性跃层.跃层处密度的显著差异,导致水体垂向对流受限并富集悬浮颗粒物,是导致溶氧浓度快速降低的主控因素.80 m以下水体与其上水体几无交换,加之有机颗粒物的氧化与分解,形成无氧状态.悬浮细颗粒组分体积浓度控制水体浊度变化,推测细颗粒应主要为矿物及岩石碎屑,粗颗粒应主要为藻类和海洋雪花等.     

西南喀斯特地区水土过程与植被恢复重建*

受地质背景的强烈制约,西南喀斯特地区地表缺水少土,生境异质性高,在人类不合理的土地利用下极易诱发石漠化,是我国生态治理、扶贫攻坚的重点和难点地区。在简要介绍西南喀斯特地区土壤-岩石环境特征的基础上,重点阐述了该区水文-侵蚀过程与规律,探讨了植被恢复现状与治理对策,并提出了未来的发展方向。认为今后应基于水土过程研究,将植被恢复与生态治理和惠民增收有机结合,促进西南喀斯特区域生态与社会经济可持续发展。     

毛乌素沙地固沙灌木树干茎流特征

通过对毛乌素沙地固沙灌木沙柳和籽蒿树干茎流的野外实验观测, 分析了冠层和降雨特征参数对树干茎流形成的影响, 确定了树干茎流量在降雨再分配中的比例. 结果表明: 沙柳和籽蒿的累计树干茎流量分别占降雨总量的7.6%和2.7%. 树干茎流量和降雨量之间存在显著线性正相关; 茎流百分数随降雨量的增加呈指数增长趋势. 在较小降雨量时, 茎流百分数随降雨量的增加较快. 超过一定降雨量范围时(沙柳3~5 mm, 籽蒿5~7 mm), 茎流百分数开始接近稳定. 通过逐步回归分析表明, 分枝较多, 树冠体积较大, 分枝与地面夹角较小的冠层结构有利于灌木树干茎流的形成. 树干茎流量、茎流百分数随最大10 min雨强(I₁₀)均呈指数增长趋势. 其中, 沙柳和籽蒿的茎流百分数分别在I₁₀<3.0 mm·h^-1和I10<2.0 mm·h^-1降雨条件下随雨强的增加较快, 之后出现稳定的趋势.     

聚乳酸微孔支架材料热分解动力学特性

基于热重测量法提出了一种对组织工程PLA微孔支架材料进行泡孔孔径相关的热分解动力学特性评价和寿命估计的新方法.实验研究中采用无溶剂CO2超临界固态发泡技术,在1～5MPa饱和压力下制备了泡孔孔径550～20μm的聚乳酸(PLA)支架材料,并进行热分解动力学研究,获得了PLA支架材料的泡孔孔径所决定的热稳定性、降解时间以及寿命的估计.实验结果证明,高饱和压力条件下制备的PLA支架材料具有小泡孔孔径和大泡孔密度;PLA原材料经过发泡后热稳定性下降,降解时间缩短;在较低温度下大泡孔孔径支架材料具有较低的活化能和较差的热稳定性,其分解时间缩短到原材料的几十分之一.研究结果可以针对组织器官对支架材料的泡孔孔径和降解时间的要求,优化固态发泡制作参数,为组织工程支架材料的精确设计及其降解特性的定量分析提供依据.     

风沙流能量的实验计算

风沙灾害集中地体现在风沙流对工程设施的破坏、土壤风蚀沙化的急剧恶化方面.致害原因,是飞扬沙粒在风力作用下获得大量能量.而判别风沙危害强度的大小,取决于风沙流集聚能量的高低.限于沙粒微小,相对运动速度极大,对其运动群体进行测量甚为困难,以至迄今未见风沙流能量的研究成果.风沙流是一种贴近地表的气固两相流.据研究,气流中搬运的沙量绝大部分集中在离地表10cm,尤其是贴地面5cm以下气流层中.为此,本文利用高速频闪摄影技术和环境沙风洞相结合的手段,对低层风沙流(6cm以下)的能量分布状况进行初步探讨.